JP2007218787A - 波長校正方法及び波長校正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードの発光光に含まれる発光強度リップルや発光ダイオードの光強度分布の全体的な非平坦性の影響を除外して観測波長を高精度に校正する。
【解決手段】特定波長の光を吸収するガス吸収セルに発光ダイオードから出射された所定波長帯域の基準光を通過させ、当該通過後の透過光の観測スペクトラムを求める工程と、観測スペクトラムに移動平均処理を施して移動平均化観測スペクトラムを求める工程と、移動平均化観測スペクトラムと観測スペクトラムとの比をとることにより補正観測スペクトラムを求める工程と、補正観測スペクトラムにおけるガス吸収セルの吸収波長と既知の特定波長との差異に基づいて観測波長を校正する工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長校正方法及び波長校正装置に関する。

例えば下記特許文献１には、光スペクトラム分析装置における波長校正技術の一例が開示されている。この波長校正技術は、複数の特定波長の光を吸収するガス吸収セルに発光ダイオード（基準光源）から出射された所定波長帯域の光を通過させて得られる観測スペクトラムにおける複数の吸収波長（観測値）と予め設定された上記特定波長（基準値）との誤差を各々検出し、各誤差の平均値に基づいて光スペクトラム分析装置の波長校正を行うものである。例えば光スペクトラム分析装置の測定波長に誤差がなければ観測値と基準値とは一致するが、誤差がある場合には観測値は基準値とは異なる値となるので、この誤差を是正するように光スペクトラム分析装置を調整し直すことにより波長校正が完了する。
このような波長校正技術は、従来の波長校正方法が一波長のみの観測値と当該観測値に対応する基準値との誤差のみに基づいて波長校正を行うものであったために、校正誤差を十分に低減することができなかった点を技術課題としてなされたものであり、このような技術課題を上述した手段を採用することにより解決するものである。
特開２０００−２８３８４１号公報

ところで、上記波長校正における発光ダイオード（光源）には、以下のような問題点がある。すなわち、発光ダイオードは周知のようにＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップ（半導体チップ）にカソード電極とアノード電極を取り付けたものであるが、ＬＥＤチップ内で発光光が相互干渉することにより波長帯域内に発光強度リップルが発生する場合があり、このようなリップルは、上記吸収波長を観測する上で誤差要因となる。
また、発光ダイオードの発光波長帯域内における光強度分布は全体的に平坦でないため、この光強度分布の全体的な非平坦性は、上記吸収波長を観測する上で誤差要因となる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、発光ダイオードを基準光源とした場合の誤差要因を排除して高精度な波長校正を実現することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、波長校正方法に係る第１の解決手段として、特定波長の光を吸収するガス吸収セルに発光ダイオードから出射された所定波長帯域の基準光を通過させ、当該通過後の透過光の観測スペクトラムを求める工程と、前記観測スペクトラムに移動平均処理を施して移動平均化観測スペクトラムを求める工程と、前記移動平均化観測スペクトラムと前記観測スペクトラムとの比をとることにより補正観測スペクトラムを求める工程と、前記補正観測スペクトラムにおけるガス吸収セルの吸収波長と既知の前記特定波長との差異に基づいて観測波長を校正する工程とを有する、という手段を採用する。

波長校正方法に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、移動平均化観測スペクトラムに代えて、波長分解能を、ガス吸収セルの吸収スペクトラム幅よりも十分に大きく、かつ、発光ダイオードの光強度リップル周期の半分よりも小さく設定して得られた透過光の強度に基づいて分解能変更観測スペクトラムを求め、当該分解能変更観測スペクトラムと観測スペクトラムとの比をとることにより補正観測スペクトラムを求める、という手段を採用する。

波長校正方法に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、前記ガス吸収セルは複数の吸収波長を有する気体が封入されたものであり、前記複数の吸収波長のうち２以上の吸収波長と当該２以上の吸収波長に対応する特定波長との差異に基づいて観測波長を校正する、という手段を採用する。

波長校正装置に係る第１の解決手段として、所定波長帯域の光を出射する発光ダイオードと、該発光ダイオードから出射された光から特定波長の光を吸収するガス吸収セルと、該ガス吸収セルの透過光を波長成分に分光する分光手段と、該分光手段の出力光の強度を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出信号に基づいて透過光の観測スペクトラムを求め、該観測スペクトラムに対し移動平均処理を施すことにより移動平均化観測スペクトラムを求め、該移動平均化観測スペクトラムと前記観測スペクトラムとの比をとることにより補正観測スペクトラムを求める演算手段と、前記補正観測スペクトラムにおけるガス吸収セルの吸収波長と既知の前記特定波長との差異に基づいて観測波長を校正する、という手段を採用する。

波長校正装置に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、光検出手段は、波長分解能がガス吸収セルの吸収スペクトラム幅よりも十分に大きく、かつ、発光ダイオードの光強度リップル周期の半分よりも小さくなるように分光手段が設定された状態の分光手段の出力光を検出し、演算手段は、移動平均化観測スペクトラムに代えて、前記光検出手段の検出信号に基づいて分解能変更観測スペクトラムを求め、当該分解能変更観測スペクトラムと観測スペクトラムとの比をとることにより補正観測スペクトラムを求める、という手段を採用する。

波長校正装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、前記ガス吸収セルは複数の吸収波長を有する気体が封入されたものであり、補正観測スペクトラムにおける前記複数の吸収波長のうち２以上の吸収波長と当該２以上の吸収波長に対応する特定波長との差異に基づいて観測波長を校正する、という手段を採用する。

本発明によれば、移動平均化観測スペクトラムあるいは分解能変更観測スペクトラムと観測スペクトラムとの比をとることにより得られた補正観測スペクトラムに基づいて観測波長を校正するので、発光ダイオードの発光光に含まれる発光強度リップルや発光ダイオードの光強度分布の全体的な非平坦性の影響を除外し、観測値としての吸収波長を高精度に検出することが可能である。
したがって、従来のようにガス吸収セルの透過光の観測スペクトラムに基づいて観測波長を校正する場合よりも、観測波長を高精度に校正することが可能である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る光スペクトラム分析装置の概略構成を示すブロック図である。この図１において、符号１は被測定光を取り込むための光入射端である。２は光ファイバであり、上記光入射端１と光スイッチ３の一方の入射端との間に接続されている。光スイッチ３は、２つの入射端と１つの出射端とを有し、制御部４による制御に基づいて何れか一方の入射端を出射端と光学的に接続し、以って何れか一方の入射端から入射した光を出射端から出射する。この光スイッチ３の他方の入射端には制御部４によって制御される基準光源５が接続され、また光スイッチ３の出射端には光ファイバ６の一端が接続されている。また、この光ファイバ６の他端には、制御部４によって制御される光スペクトラム分析部７の入射端が接続されている。

図２は、上記光スペクトラム分析部７の詳細構成を示すブロック図である。この図２において、符号８は入射スリット、９は凹面鏡、１０は回折格子、１１は凹面鏡、また１２は出射スリットである。これら入射スリット８、凹面鏡９、回折格子１０、凹面鏡１１及び出射スリット１２は、ツェルニ・ターナ形分散分光器を構成している。

入射スリット８は、光スペクトラム分析部７の入射端に配置され、光ファイバ６から入射した光の波長帯域を制限するためのものである。凹面鏡９は、上記入射スリット８から所定距離だけ離間かつ対向して設けられ、入射スリット８を通過した光を回折格子１０に向けて反射するものである。回折格子１０は、上記凹面鏡９から所定距離だけ離間かつ対向して設けられ、凹面鏡９から入射した光を波長毎に空間的に分離して凹面鏡１１に向けて出射する。

この回折格子１０は、回転ステージ１３上に設けられており、当該回転ステージ１３が矢印Ｄ１で示すように回動することによって凹面鏡９から入射する光に対する角度が可変設定される。上記回転ステージ１３は、ギヤを介してモータ１４の回転軸に連結されており、モータ１４によって駆動される。このモータ１４は、例えばステッピングモータである。このように可変設定される回折格子１０の角度は、ツェルニ・ターナ形分散分光器の選択波長を規定するものであり、以下に説明する波長校正処理によって定期的あるいは不定期に校正される。

凹面鏡１１は、上記回折格子１０から所定距離だけ離間かつ対向して設けられ、回折格子１０によって波長毎に空間的に分離された光を出射スリット１２に向けて反射する。出射スリット１２は、上記凹面鏡１１から所定距離だけ離間かつ対向して設けられ、凹面鏡１１から入射した光の波長帯域を制限するためのものである。上述したように回折格子１０の出射光は波長毎に空間的に分離したものとなるので、出射スリット１２を通過する光の波長帯域は、出射スリット１２のスリット幅によって規定される。

続いて、符号１５は光検出器、１６は増幅器、１７はＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）、１８はタイマ、１９は記憶部、２０は操作部、２１はＣＰＵ（Central Processing Unit）、２２はモータ駆動回路、また２３は表示部である。光検出器１５は、受光面が上記出射スリット１２と対向するように設けられたフォトダイオードであり、出射スリット１２から入射した光を光電変換することにより当該光の強度を示す電気信号（検出信号）に変換する。また、光検出器１５は、このような検出信号を増幅器１６に出力する。増幅器１６は、上記検出信号を増幅してＡ／Ｄ変換器１７に出力する。

Ａ／Ｄ変換器１７は、バスＢによってＣＰＵ２１と接続されており、上記増幅器１６から入力された増幅後の検出信号（アナログ信号）をデジタル信号（光強度検出データ）に信号変換してＣＰＵ２１に出力する。タイマ１８は、同じくバスＢによってＣＰＵ２１と接続されており、日時を計時してＣＰＵ２１に出力する。記憶部１９は、ＣＰＵ２１が実行する制御プログラム、信号処理プログラム及び波長校正プログラムを記憶するものであり、ＣＰＵ２１による制御の下で各プログラムのコードをＣＰＵ２１に出力する。操作部２０は、ファンクションキーやテンキー等の各種操作ボタンを備え、光スペクトラム分析装置のユーザが上記各種操作ボタンを操作することによって入力された操作指示を受け付けてＣＰＵ２１に出力する。

ＣＰＵ２１は、バスＢによって上記Ａ／Ｄ変換器１７、タイマ１８、記憶部１９、操作部２０、モータ駆動回路２２、表示部２３及び制御部４と接続されており、これら各部を上記制御プログラムに基づいて制御すると共に、上記信号処理プログラムに基づいてＡ／Ｄ変換器１７から取得した光強度検出データに各種演算処理を施し計測結果として表示部２３に表示させる。例えば、ＣＰＵ２１は、制御プログラムに基づいてモータ駆動回路２２を制御することにより回折格子１０の回動角を制御し、また信号処理プログラムに基づいて光強度検出データに所定の演算処理を施すことによって観測スペクトラム（計測結果）を取得して表示部２３に表示させる。

また、ＣＰＵ３４は、タイマ１８から出力される日付・時間情報に基づいて本光スペクトラム分析装置の電源が投入されてから所定の時間後、または操作者の所望の時間間隔（例えば１時間間隔や１日間隔）に、上記波長校正プログラムを実行することにより本光スペクトラム分析装置の波長校正を行う。モータ駆動回路２２は、ＣＰＵ２１から入力される制御情報に基づいてモータ１４を駆動する。また、表示部２３は、ＣＲＴ（陰極線管）や液晶等の表示装置であり、ＣＰＵ２１から入力される画像情報に基づいて光強度検出データの演算処理結果（後述する各種スペクトラム等）を表示する。

続いて、図３を参照して、上記基準光源５の詳細構成を説明する。
この図３において、符号２４は発光ダイオードである。この発光ダイオード２４は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップを備えており、上記ＣＰＵ２１による制御に基づいてＬＥＤチップ（半導体チップ）に駆動電流（直流電流）が供給されることにより所定発光帯域の光（基準光）を発光する。コリメートレンズ２５は、発散光である上記基準光を平行光に変換してガス吸収セル２６に出射する。

ガス吸収セル２６は、所定の光吸収ガスが封入された光透過体であり、コリメートレンズ２５から入射された基準光について光吸収体固有の特定波長（吸収波長）の光を吸収して透過させる。本光スペクトラム分析装置のガス吸収セル２６は、上記光吸収ガスとして複数の吸収波長を有するアセチレンガスを採用している。また、このガス吸収セル２６は、温度制御された容器内に収納されており、本光スペクトラム分析装置の環境温度の変化によって吸収波長が変動しないように管理されている。集光レンズ２７は、基準光がガス吸収セル２６を透過した光（セル透過光）を集光させて光ファイバ２８の一端に入射させる。光ファイバ２８の他端は、上述した光スイッチ３の他方の入射端に接続されている。

次に、このように構成された本光スペクトラム分析装置の動作、特に波長校正動作について、図４〜図７をも参照して詳しく説明する。

最初に、本光スペクトラム分析装置における通常測定モードでは、ＣＰＵ２１は、制御プログラムに基づいて制御部４に制御指令を出力することにより、光入射端１に取り込まれた被測定光を選択して光スペクトラム分析部７に出射するように光スイッチ３を設定する。この結果、被測定光は、光スペクトラム分析部７内のツェルニ・ターナ形分散分光器（図２参照）によって各波長成分に分離され、光検出器１５には各波長成分の光が順次検出される。そして、このような各波長成分の検出信号は、増幅器１６で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１７で光強度検出データに変換され、さらにＣＰＵ２１に取り込まれて信号処理されることにより観測スペクトラムとして表示部２３に表示される。この観測スペクトラムは、操作部２０によって設定された観測波長帯域内における上記各波長成分の光強度を示すものである。

続いて、本光スペクトラム分析装置の特徴である波長校正動作について説明する。
本光スペクトラム分析装置は、電源投入から一定時間の経過がタイマ１８によって計時されると、または操作部２０から校正処理が指示されると、ＣＰＵ２１は、制御プログラムに基づいて動作モードを上記通常測定モードからは波長校正モードに移行させる。そして、この波長校正モードに移行すると、ＣＰＵ２１は、波長校正プログラムを実行することにより本光スペクトラム分析装置の波長校正処理を、図４に示すフローチャートに沿って行う。

ＣＰＵ２１は、最初に制御部４に基準光源５の作動を指示して発光ダイオード２４を非発光状態から発光状態に設定すると共に、制御部４に制御指令を出力することにより基準光源５から出射された基準光を選択して光スペクトラム分析部７に出射するように光スイッチ３を設定する（ステップＳ１）。この結果、基準光がガス吸収セル２６を透過した光（セル透過光）が光スペクトラム分析部７に入射する。そして、ＣＰＵ２１は、このようなセル透過光を光スペクトラム分析部７内のツェルニ・ターナ形分散分光器で波長成分に分離し、光検出器１５、増幅器１６及びＡ／Ｄ変換器１７で各々処理して得られた光強度検出データを取得し、この光強度検出データに基づいてセル透過光の観測スペクトラムを取得する（ステップＳ２）。

ここで、セル透過光は、発光ダイオード２４から出射された所定発光帯域の基準光についてガス吸収セル２６内のアセチレンガスの吸収波長に該当する波長成分が減衰したものである。上述したように基準光は、ＬＥＤチップ内の干渉によって所定周期のリップルを有すると共に波長帯域における強度分布が所定の半値全幅を有しており全体として平坦ではない。このようなセル透過光の強度分布におけるリップル及び全体的な非平坦性は、光強度検出データからアセチレンガスの吸収波長を検出する際に誤差要因となるため、波長校正の精度を低下させる。

図５は、このようなセル透過光の１５１０ｎｍ〜１５５０ｎｍの波長範囲に亘るスペクトラムを通常測定モードで観測した場合の観測スペクトラムである。この観測スペクトラムは、セル透過光が１〜２ｎｍ周期のリップルを有すると共に１０〜１００ｎｍ程度の半値全幅を有しており１５１０ｎｍ〜１５５０ｎｍの波長範囲では全体的に傾斜した基準光について、アセチレンガスの吸収波長に該当する複数の波長成分が半値全幅約０．０２ｎｍで極めて急峻に減衰する強度分布を有していることを示している。

すなわち、アセチレンガスの吸収波長の減衰特性における半値全幅（０．０２ｎｍ程度）は、基準光の発光帯域の半値全幅（１０〜１００ｎｍ程度）及びＬＥＤチップ内の干渉に起因するリップル周期（１〜２ｎｍ）よりも極端に狭い。本光スペクトラム分析装置の波長校正処理では、このような吸収波長における半値全幅（０．０２ｎｍ程度）と、基準光の発光帯域の半値全幅（１０〜１００ｎｍ程度）及びリップル周期（１〜２ｎｍ）との性質の違いを利用することにより、波長校正における基準光の発光帯域の非平坦性とＬＥＤチップ内の干渉に起因するリップルとを内容とする誤差要因の影響を是正する。

すなわち、ＣＰＵ２１は、上記ステップＳ２で得られた光強度検出データ（つまり図５の観測スペクトラム）に信号処理の一種である移動平均処理を施すことにより移動平均化観測スペクトラムを取得し（ステップＳ３）、この移動平均化観測スペクトラムと観測スペクトラムとの比を演算することにより上記誤差要因を排除した補正観測スペクトラムを取得する（ステップＳ４）。

このような補正観測スペクトラムの理論的根拠について説明すると、以下のようになる。すなわち、基準光源５から出射される光（基準光）の基準光スペクトラムＴ（λ）は、発光ダイオード２４の発光スペクトラムＬ（λ）とガス吸収セル２６の吸収スペクトラムＧ（λ）との合成スペクトラムであり、当該合成スペクトラムは下式（１）で表される。
Ｔ（λ）＝Ｇ（λ）・Ｌ（λ） （１）

ここで、吸収スペクトラムＧ（λ）は、極めて急峻な特性を有しており、吸収波長をλ_０とするデルタ関数δ（λ−λ_０）及び吸収係数ｋを用いて下式（２）のように表される。
Ｇ（λ）＝１−ｋ・δ（λ−λ_０） （２）
この式（２）を式（１）に代入すると、基準光スペクトラムＴ（λ）は下式（３）のように表される。
Ｔ（λ）＝Ｌ（λ）・Ｇ（λ）
＝[１−ｋ・δ（λ−λ_０）]・Ｌ（λ） （３）

光スペクトラム分析部７の波長フィルタリング特性Ｆ_１（λ）が発光ダイオード２４の発光スペクトラムＬ（λ）に比べて十分に狭く、かつ、ガス吸収セル２６の吸収スペクトラムＧ（λ）を観測するのには十分な特性を有するものであった場合、上記波長フィルタリング特性Ｆ_１（λ）はフィルタ中心周波数をλｓとするδ関数として式（４）のように表される。
Ｆ_１（λ）＝δ（λ−λｓ） （４）

したがって、光スペクトラム分析部７で観測される観測スペクトラムＳ_１（λ）は上記式（３），（４）に基づいて式（５）のように表される。
Ｓ_１（λ）＝Ｔ（λ）・Ｆ_１（λ）
＝[１−ｋ・δ（λ−λ_０）]・Ｌ（λ）・δ（λ−λｓ）
＝δ（λ−λｓ）・Ｌ（λ）
−ｋ・δ（λ−λ_０）・δ（λ−λｓ）・Ｌ（λ） （５）
この式（５）は、吸収波長λ_０とフィルタ中心周波数λｓとの関係によって式（６）のように表される。
λ＝λｓ＝λ_０の場合：Ｓ_１（λ）＝（１−ｋ）・Ｌ（λ）
λ＝λｓ≠λ_０の場合：Ｓ_１（λ）＝Ｌ（λ） （６）
λ≠λｓ≠λ_０の場合：Ｓ_１（λ）＝０

ここで、フィルタ中心周波数λｓは回折格子１０の角度によって任意に設定されるので、結局、観測スペクトラムＳ_１（λ）は、λ＝λ_０の場合とλ≠λ_０の場合とについて下式（７）のように表される。
λ＝λ_０の場合：Ｓ_１（λ）＝（１−ｋ）・Ｌ（λ）
λ≠λ_０の場合：Ｓ_１（λ）＝Ｌ（λ）
…………（７）

このような観測スペクトラムＳ_１（λ）に注目波長λについて前後−Ｎ／２〜＋Ｎ／２のサンプリング数、つまり合計（Ｎ＋１）のサンプリング数の移動平均処理を施して得られる移動平均化観測スペクトラムＳ_２（λ）は式（８）のように表される。

そして、この移動平均化観測スペクトラムＳ_２（λ）は、移動平均処理の波長区間内に吸収波長λ_０が存在する場合と吸収波長λ_０が存在しない場合とについて式（９）のように表される。

ここで、移動平均処理におけるサンプリング間隔にサンプリング数である（Ｎ＋１）を乗算した値が上述した基準光の発光帯域の半値全幅（１０〜１００ｎｍ程度）及びリップル周期（１〜２ｎｍ）に比べて十分に小さい場合、移動平均処理の波長区間内に吸収波長λ_０が存在する場合と吸収波長λ_０が存在しない場合とに関する移動平均化観測スペクトラムＳ_２（λ）は、式（１０）のように表される。

さらに、このような移動平均化観測スペクトラムＳ_２（λ）と上記観測スペクトラムＳ_１（λ）との比である補正観測スペクトラムＳ_３（λ）は、サンプリング数を規定する定数Ｎが１よりも十分に大きいという条件の下で、移動平均処理の波長区間内に吸収波長λ_０が存在しない場合、移動平均処理の波長区間内に吸収波長λ_０が存在し、かつ、注目波長λと吸収波長λ_０とが一致しない場合、移動平均処理の波長区間内に吸収波長λ_０が存在し、かつ、注目波長λと吸収波長λ_０とが一致する場合について、式（１１）のように近似される。

この式（１１）は、補正観測スペクトラムＳ_３（λ）が「１」あるいは吸収係数ｋに依存し、発光ダイオード２４の発光スペクトラムＬ（λ）、つまり基準光の発光帯域の半値全幅（１０〜１００ｎｍ程度）及びリップル周期（１〜２ｎｍ）に依存しないことを示している。

図６は、上記図５の観測スペクトラムに対応する補正観測スペクトラムである。この補正観測スペクトラムでは、全体として２つの山状の分布強度変化があるものの、１〜２ｎｍ周期のリップルと全体的な傾斜が除去されている。

ＣＰＵ２１は、このように基準光の発光帯域の半値全幅及びリップル周期に依存しない補正観測スペクトラムにおいて減衰量が極端に大きい波長をアセチレンガスの吸収波長（観測値）として検出し（ステップＳ５）、また当該吸収波長（観測値）と記憶部１９に予め記憶された既知のアセチレンガスの吸収波長（基準値）との差異（誤差）を求め、上記観測値と基準値とが一致するようにモータ駆動回路２２への制御指令を補正する（ステップＳ６）。この結果、上記回折格子１０の角度が補正されて波長校正が完了する。

上記補正観測スペクトラムは基準光の発光帯域の半値全幅及びリップル周期に起因する１〜２ｎｍ周期のリップルと強度分布の全体的な傾斜が除去されているので、ＣＰＵ２１は、アセチレンガスの吸収波長（観測値）をより正確に検出することが可能であり、よって吸収波長（観測値）の当該吸収波長（観測値）に対応する吸収波長（基準値）との誤差をより正確に検出することが可能である。
したがって、本光スペクトラム分析装置によれば、高精度な波長校正を実現することが可能である。

なお、図６に示すように、アセチレンガスの吸収波長は複数存在し、また補正観測スペクトラムには全体として２つの山状の分布強度変化がある。したがって、校正誤差を低減するためには、山の中心に位置する吸収波長ｆaあるいは吸収波長ｆbを吸収波長ｆaあるいは吸収波長ｆbに対応する基準値との比較対照とすることが好ましい。例えば、波長校正に吸収波長ｆaを用いる場合には、吸収波長ｆaと当該吸収波長ｆaに対応する基準値との波長差を求め、この波長差を校正量とする。

また、吸収波長ｆa及び吸収波長ｆbを何れも比較対照としても良い。この場合には、吸収波長ｆaと当該吸収波長ｆaに対応する基準値との波長差及び吸収波長ｆbと当該吸収波長ｆbに対応する基準値との波長差とを求め、両波長差の平均値を校正量とする。さらには、吸収波長ｆa，ｆb及び他のいくつかの吸収波長を比較対照とし、各吸収波長とそれに対応する基準値との波長差をそれぞれ求め、各波長差の平均値を校正量としても良い。

さらに、上記実施形態では、移動平均化観測スペクトラムと観測スペクトラムとの比を取ることにより補正観測スペクトラムを求めたが、移動平均化観測スペクトラムに代えて、例えば出射スリット１２のスリット幅を調節することによりツェルニ・ターナ形分散分光器の波長分解能を以下のように変更した観測スペクトラム（つまり分解能変更観測スペクトラム）を取得し、この分解能変更観測スペクトラムと観測スペクトラム（通常測定モードで観測したもの）との比を取ることにより補正観測スペクトラムを求めるようにしても良い。

図７は、分解能変更観測スペクトラムと観測スペクトラムとの比を取ることにより得られた補正観測スペクトラムである。すなわち、ツェルニ・ターナ形分散分光器の波長分解能を吸収波長における半値全幅（０．０２ｎｍ程度）よりも十分に大きく、かつＬＥＤチップ内の干渉に起因するリップル周期（１〜２ｎｍ）の半分よりも小さく設定し直す。この状態で得られた観測スペクトラムは、観測スペクトラムに移動平均処理を施して得られた移動平均化観測スペクトラムと同等のものとなる。

また、上記実施形態は本発明を光スペクトラム分析装置に適用したものであるが、本発明は、光スペクトラム分析装置の他に、例えば波長モニター等の波長分別機能を有する装置にも適用可能である。

本発明の一実施形態に係わる光スペクトラム分析装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係わる光スペクトラム分析装置における光スペクトラム分析部７の詳細構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係わる光スペクトラム分析装置における基準光源５の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係わる光スペクトラム分析装置の波長校正処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係わる光スペクトラム分析装置におけるセル透過光の観測スペクトラムである。 本発明の一実施形態に係わる光スペクトラム分析装置における補正観測スペクトラムである。 本発明の一実施形態に係わる光スペクトラム分析装置において、分解能変更観測スペクトラムと観測スペクトラムとから得られた補正観測スペクトラムである。

符号の説明

１…光入射端、２…光ファイバ、３…光ス イッチ、４…制御部、５…基準光源、６…光ファイバ、７…光スペクトラム分析部、８…入射スリット、９…凹面鏡、１０…回折格子、１１…凹面鏡、１２…出射スリット、１３…回転ステージ、１４…モータ、１５…光検出器、１６…増幅器、１７…Ａ／Ｄ変換器、１８…タイマ、１９…記憶部、２０…操作部、２１…ＣＰＵ、２２…モータ駆動回路、２３…表示部、２４…発光ダイオード、２５…コリメートレンズ、２６…ガス吸収セル、２７…集光レンズ、２８…光ファイバ

Claims (6)

1. 特定波長の光を吸収するガス吸収セルに発光ダイオードから出射された所定波長帯域の基準光を通過させ、当該通過後の透過光の観測スペクトラムを求める工程と、
   前記観測スペクトラムに移動平均処理を施して移動平均化観測スペクトラムを求める工程と、
   前記移動平均化観測スペクトラムと前記観測スペクトラムとの比をとることにより補正観測スペクトラムを求める工程と、
   前記補正観測スペクトラムにおけるガス吸収セルの吸収波長と既知の前記特定波長との差異に基づいて観測波長を校正する工程と
   を有することを特徴とする波長校正方法。
2. 移動平均化観測スペクトラムに代えて、波長分解能を、ガス吸収セルの吸収スペクトラム幅よりも十分に大きく、かつ、発光ダイオードの光強度リップル周期の半分よりも小さく設定して得られた透過光の強度に基づいて分解能変更観測スペクトラムを求め、当該分解能変更観測スペクトラムと観測スペクトラムとの比をとることにより補正観測スペクトラムを求めることを特徴とする請求項1記載の波長校正方法。
3. 前記ガス吸収セルは複数の吸収波長を有する気体が封入されたものであり、前記複数の吸収波長のうち２以上の吸収波長と当該２以上の吸収波長に対応する特定波長との差異に基づいて観測波長を校正することを特徴とする請求項1または２記載の波長校正方法。
4. 所定波長帯域の光を出射する発光ダイオードと、
   該発光ダイオードから出射された光から特定波長の光を吸収するガス吸収セルと、
   該ガス吸収セルの透過光を波長成分に分光する分光手段と、
   該分光手段の出力光の強度を検出する光検出手段と、
   該光検出手段の検出信号に基づいて透過光の観測スペクトラムを求め、該観測スペクトラムに対し移動平均処理を施すことにより移動平均化観測スペクトラムを求め、該移動平均化観測スペクトラムと前記観測スペクトラムとの比をとることにより補正観測スペクトラムを求める演算手段と、
   前記補正観測スペクトラムにおけるガス吸収セルの吸収波長と既知の前記特定波長との差異に基づいて観測波長を校正することを特徴とする波長校正装置。
5. 光検出手段は、波長分解能がガス吸収セルの吸収スペクトラム幅よりも十分に大きく、かつ、発光ダイオードの光強度リップル周期の半分よりも小さくなるように分光手段が設定された状態の分光手段の出力光を検出し、
   演算手段は、移動平均化観測スペクトラムに代えて、前記光検出手段の検出信号に基づいて分解能変更観測スペクトラムを求め、当該分解能変更観測スペクトラムと観測スペクトラムとの比をとることにより補正観測スペクトラムを求める
   ことを特徴とする請求項４記載の波長校正装置。
6. 前記ガス吸収セルは複数の吸収波長を有する気体が封入されたものであり、
   補正観測スペクトラムにおける前記複数の吸収波長のうち２以上の吸収波長と当該２以上の吸収波長に対応する特定波長との差異に基づいて観測波長を校正することを特徴とする請求項４または５記載の波長校正装置。

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